《實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律》參考課件 03

第一章

動(dòng)量守恒定律1.4實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律思考：動(dòng)量守恒定律條件是什么？

動(dòng)量守恒定律的適用條件是系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為0。思考：在現(xiàn)實(shí)生活中，或者在實(shí)驗(yàn)室中，我們很難排除接觸面摩擦力的作用，是不是沒法做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)？

我們生活中的物體受到各種力的作用，難以滿足系統(tǒng)不受外力這種理想化的條件。但是，可以創(chuàng)造內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力的實(shí)驗(yàn)情景，可以近似滿足動(dòng)量守恒的條件。實(shí)驗(yàn)思路思考：根據(jù)前面學(xué)習(xí)我們熟悉內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力的情境是哪種？碰撞思考：為了實(shí)驗(yàn)與計(jì)算方便我們應(yīng)該設(shè)計(jì)怎樣的碰撞？實(shí)驗(yàn)思路兩個(gè)物體碰撞前沿同一直線運(yùn)動(dòng)，碰撞后仍沿這條直線運(yùn)動(dòng)，一維碰撞實(shí)驗(yàn)思路

實(shí)驗(yàn)思路碰撞中的特殊情況——一維碰撞雖然物體還受到重力、支持力、摩擦力、空氣阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和為0，有些力與系統(tǒng)內(nèi)兩物體的相互作用力相比很小。在可以忽略這些外力的情況下，碰撞滿足動(dòng)量守恒定律的條件。物理量的測(cè)量

根據(jù)動(dòng)量的定義，很自然地想到，需要測(cè)量物體的質(zhì)量，以及兩個(gè)物體發(fā)生碰撞前后各自的速度。m1，v1，v1′，m2，v2，v2′物體的質(zhì)量可用天平直接測(cè)量。思考：實(shí)驗(yàn)中我們需要測(cè)量哪些物理量？思考：物體質(zhì)量如何測(cè)量？物理量的測(cè)量思考：物體速度如何測(cè)量？你掌握哪些方法可以測(cè)量物體速度？方法一：光電門測(cè)速方法二：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速方法三：機(jī)械能守恒角度測(cè)速方四四：平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)速數(shù)據(jù)分析檢驗(yàn)：碰撞前后總動(dòng)量是否守恒，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2

本案例中我們利用氣墊導(dǎo)軌來減小摩擦力，利用光電計(jì)時(shí)器測(cè)量滑塊碰撞前后的速度。方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1.實(shí)驗(yàn)器材氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊兩個(gè)(帶擋光片)、重物、彈簧片、細(xì)繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。實(shí)驗(yàn)裝置方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒

2.實(shí)驗(yàn)原理方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒3.幾種不同情形的碰撞（1）選取兩個(gè)質(zhì)量不同的滑塊，在兩個(gè)滑塊相互碰撞的端面裝上彈性碰撞架滑塊碰撞后隨即分開。甲：滑塊碰撞后分開方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒3.幾種不同情形的碰撞

（2）兩個(gè)滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，使兩個(gè)滑塊連成一體運(yùn)動(dòng)。如果在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣，碰撞時(shí)它們也會(huì)連成一體。乙：滑塊碰撞后粘連方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒3.幾種不同情形的碰撞（3）原來連在一起的物體由于有相互斥力而分開，這也是一種碰撞，例如在兩個(gè)滑塊間放置輕質(zhì)彈簧，擠壓兩個(gè)滑塊使彈簧壓縮，并用一根細(xì)線將兩個(gè)滑塊固定。燒斷細(xì)線，彈簧彈開后落下，兩個(gè)滑塊由靜止向相反方向運(yùn)動(dòng)。丙：彈簧使靜止滑塊分開方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒3.實(shí)驗(yàn)步驟（1）用天平測(cè)量?jī)苫瑝K的質(zhì)量m1、m2，填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表格中。（2）安裝好安裝光電門、氣墊導(dǎo)軌并調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平。（3）使兩滑塊依次發(fā)生甲、乙、丙圖所示的碰撞情況，記錄擋光時(shí)間，計(jì)算滑塊碰撞前后的速度。（4）驗(yàn)證：滑塊碰撞前后動(dòng)量守恒。（5）整理實(shí)驗(yàn)儀器。方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒

記錄數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)規(guī)定正方向。若速度方向與規(guī)定的正方向相同，則速度取正值，若速度方向與規(guī)定方向相反，則取負(fù)值。思考：如果物體碰撞后的速度方向與原來的方向相反，應(yīng)該怎樣記錄？碰撞前碰撞后質(zhì)量m1=0.10kgm2=0.15kgm1=0.10kgm2=0.15kg速度V1=0.4m/sV2=-0.2m/sV1

=-0.32m/sV2

=0.28m/smvm1v1+m2v2=m1v1

+m2v2

=4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)甲:滑塊碰撞后分開0.01kg·m/s0.01kg·m/s方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒在兩個(gè)滑塊相互碰撞的端面裝上彈性碰撞架，滑塊碰撞后隨即分開，碰撞前后動(dòng)量守恒。方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)乙:滑塊碰撞后粘連碰撞前碰撞后質(zhì)量m1=0.10kgm2=0.15kgm1=0.10kgm2=0.15kg速度V1=0.2m/sV2=0.628m/sV1

=0.373m/sV2

=0.373m/smvm1v1+m2v2=m1v1

+m2v2

=0.094kg·m/s0.093kg·m/s方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒

在兩個(gè)滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，使兩個(gè)滑塊連成一體運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)滑塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒碰撞前碰撞后質(zhì)量m1=0.10kgm2=0.15kgm1=0.10kgm2=0.15kg速度V1=0V2=0V1

=0.225m/sV2

=-0.15m/smvm1v1+m2v2=m1v1

+m2v2

=4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)丙：彈簧使靜止滑塊分開00方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒

燒斷細(xì)線，彈簧彈開后落下，兩個(gè)滑塊由靜止向相反方向運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)滑塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒

系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為0，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，兩滑塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：注意：利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平。6.系統(tǒng)誤差主要來源于裝置本身是否符合要求，即：①碰撞是否為一維碰撞。②實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件。(2)偶然誤差：主要來源于質(zhì)量和速度的測(cè)量。方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒1.實(shí)驗(yàn)器材：斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小球兩個(gè)、重垂線、白紙、復(fù)寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板。方案二：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒2.實(shí)驗(yàn)原理：用兩個(gè)大小相同，質(zhì)量不相等的小球的碰撞來研究動(dòng)量。OPMNm1m2入射小球被碰小球

入射小球發(fā)生碰撞前的落地點(diǎn)P。碰撞后入射小球落地點(diǎn)的平均位置M，被碰小球落地點(diǎn)的平均位置N。方案二：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒m1m2OPMN入射小球被碰小球要驗(yàn)證的關(guān)系是因平拋的時(shí)間相同，則故應(yīng)驗(yàn)證的關(guān)系式為:方案二：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒2.實(shí)驗(yàn)原理：m1OP=m1OM+m2O

N1.先用天平稱量出兩個(gè)小球的質(zhì)量m1、m2。3.在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫紙。2.安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，注意使實(shí)驗(yàn)器的斜槽末端點(diǎn)的切線水平。4.在白紙上記下重垂線所指的位置O，它表示入射小球和被碰小球開始平拋的位置。方案二：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒3.實(shí)驗(yàn)步驟：OPMNm1m2入射小球被碰小球5.先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一位置處靜止?jié)L下，重復(fù)10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面，圓心就是入射小球不碰撞時(shí)的落地點(diǎn)。圓心即為小球平均落點(diǎn)方案二：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒3.實(shí)驗(yàn)步驟：OPMNm1入射小球6.把被碰小球放在斜槽軌道末端，讓入射小球從同一位置靜止?jié)L下，使它們發(fā)生正碰，重復(fù)10次，同理求出入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被碰小球落點(diǎn)的平均位置N。7.用刻度尺測(cè)出線段OM、OP、ON的長(zhǎng)度，把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的水平位移數(shù)值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。方案二：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒3.實(shí)驗(yàn)步驟：OPMNm1m2入射小球被碰小球1.斜槽末端的切線必須水平；2.每次小球下滑要從同一位置處由靜止釋放；

3.要保證對(duì)心碰撞，兩球必須大小相等；4.小球的諸多落點(diǎn)要用用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)都圈在里面，該小圓的圓心即為小球的平均落點(diǎn)；5.入射小球的質(zhì)量m1和被碰小球的質(zhì)量m2的大小關(guān)系是m1

>m2

，以免碰撞后小球反彈方案二：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒4.注意事項(xiàng)5.數(shù)據(jù)處理本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用轉(zhuǎn)換法，即將測(cè)量小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度轉(zhuǎn)換成測(cè)平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移。方案二：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒碰撞前后質(zhì)量碰撞前水平距離碰撞后水平距離入射小球m1=45gOP=44.80cmOM=35.20cm被碰小球m2=7.5gON=55.60cm6.實(shí)驗(yàn)記錄分析：兩球碰撞前的動(dòng)量之和：p＝m1OP＝45.0×44.80g·cm

＝2016g·cm，方案二：研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒碰撞后的總動(dòng)量：p′＝m1OM＋m2ON＝(45.0×35.20＋7.5×55.60)g·cm＝2001g·cm